JP5010583B2 - エネルギー供給システム及び水素生成物質 - Google Patents
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Description
本発明のエネルギー供給システムの第1の実施の形態の構成について説明する。図2は、本発明のエネルギー供給システムの第1の実施の形態の構成を示すブロック図である。
エネルギー供給システム1は、密閉空間10内に設けられ、水素供給部2、酸素供給部3、燃料電池4、処理部5及び分離部6を具備する。
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2
水(H2O)23は、燃料電池4の排気に含まれ、配管13から供給される。その水(H2O)23は、液体の水、液体の水と水蒸気との混合、水蒸気のみの場合がある。マグネシウム(Mg)粒子21は、水素供給部2の内部に存在する。生成された水素(H2)は、配管11を介して燃料電池4へ供給される。生成された水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)22は、水23中に沈殿し、水と混合されたスラリーとして配管14を介して処理部5へ供給される。
本発明では、燃料電池4の種類は特に限定されないが、例えばPEFC(固体高分子型燃料電池)である。また、水素を用いてエネルギーを発生させる他の設備であっても良い。
例えば、水素ガスエンジンである。水素ガスエンジンの場合、燃料電池4と同様に、水素と酸素とに基づいて、動力(発電機と連携した場合は電力)及び熱を発生し、その排気は水(水蒸気)である。電力(動力)及び熱は、図示されない機器により回収、利用される。
Mg(OH)2+CO2→MgCO3+H2O
生成された炭酸マグネシウム(MgCO3)24は、水(H2O)23中に沈殿し、水23と混合されたスラリーとして配管15を介して分離部6へ供給される。
例えば、酸素分圧5%以上10%以下、残りは酸化に対して不活性な気体で構成される雰囲気、大気圧、室温である。これにより、表面を覆う酸化膜63aの量を制御することが出来るので、水素の生成速度を制御することが可能となる。ただし、上記の処理部5の制約が有る場合、粒子61はマグネシウムであり、上記の処理部5の制約が無い場合、粒子61はMg、Ni、Fe、V、Mn、Ti、Cu、Ag、Ca、Zn、Zr、Co、Cr、Al等、加水反応にて水素を放出する特性を持つ材料のうちから選択される少なくとも一種の材料を含んでいることが好ましい。
本発明のエネルギー供給システムの第2の実施の形態の構成について説明する。図5は、本発明のエネルギー供給システムの第2の実施の形態の構成を示すブロック図である。
エネルギー供給システム1aは、密閉空間10内に設けられ、水素供給部2、酸素供給部3、燃料電池4、処理部5、分離部6、熱交換部7、温度センサ31、32、液面計33、流量制御弁41、42、43、制御弁45を具備する。
燃料電池4は、水素供給部2からの水素と、酸素供給部3からの酸素とにより、電力及び熱を発生する。また、排出物として、水(水蒸気)を発生し、配管13へ排出する。
本発明のエネルギー供給システムの第3の実施の形態の構成について説明する。図6は、本発明のエネルギー供給システムの第3の実施の形態の構成を示すブロック図である。
エネルギー供給システム1bは、密閉空間10内に設けられ、水素供給部2、酸素供給部3、燃料電池4、処理部5、分離部6、液面計33、温度センサ37、制御弁45を具備する。
PID制御)する。
本発明のエネルギー供給システムの第4の実施の形態の構成について説明する。図7は、本発明のエネルギー供給システムの第4の実施の形態の構成を示すブロック図である。
エネルギー供給システム1cは、密閉空間10内に設けられ、水素供給部2、酸素供給部3、燃料電池4、処理部5、分離部6、水貯蔵部8、液面計33、液面計35、制御弁47、ポンプ52を具備する。
本発明のエネルギー供給システムの第5の実施の形態の構成について説明する。図8は、本発明のエネルギー供給システムの第5の実施の形態の構成を示すブロック図である。
エネルギー供給システム1dは、密閉空間10内に設けられ、水素供給部2、酸素供給部3、燃料電池4、処理部5、分離部6、熱交換部7、温度センサ31、32、液面計33、圧力計34、流量制御弁41、42、43、制御弁45、圧力調整弁44、46、加圧ポンプ51を具備する。
すなわち、制御装置(図示されず)は、燃料電池4で発電する電力に基づいて、生成する必要のある水素の量を算出し、その水素の量に基づいて、圧力計34で計測される水素供給部2の圧力を所望の圧力にして生成する水素の量(生成速度)を制御することができる。
燃料電池4は、水素供給部2からの水素と、酸素供給部3からの酸素とにより、電力及び熱を発生する。また、排出物として、水(水蒸気)を発生し、配管13へ排出する。
本発明のエネルギー供給システムの第6の実施の形態の構成について説明する。図10は、本発明のエネルギー供給システムの第6の実施の形態の構成を示すブロック図である。エネルギー供給システム1eは、密閉空間10内に設けられ、水素供給部2、酸素供給部3、燃料電池4、熱交換部7、温度センサ31、32、液面計33、流量制御弁41、42、43、73、74、制御弁45、48、冷却部90を具備する。
制御部(図示されず)は、エネルギー供給システム1eの起動時に、流量制御弁74を開き、水素供給部2へ供給する水の流量の制御を開始する。同時に、制御部は、冷却部90の冷却水循環ポンプ71を動作させる。それにより、配管81、流量制御弁74及び配管83を介して、流量を制御された水70aが水23として水素供給部2へ供給される。水素供給部2は、流量を制御された水23とマグネシウム粒子21との反応により、流量を制御された水素と水酸化マグネシウム22とを生成する。制御部は、配管11の流量制御弁42、43を制御し、水素供給部2から燃料電池4へ水素を供給する。同時に、酸素供給部3から配管12を介して燃料電池4へ酸素を供給する。これらの水素と酸素との反応により、燃料電池4が電力及び熱を発生する。制御部(図示されず)は、電力の発生を検知すると、流量制御弁73も開き、流量を制御しながら、燃料電池4の冷却を開始する。反応により生成された水は、配管13を介して水素供給部2へ供給され始める。
本発明のエネルギー供給システムの第7の実施の形態の構成について説明する。図11は、本発明のエネルギー供給システムの第7の実施の形態の構成を示すブロック図である。エネルギー供給システム1fは、密閉空間10内に設けられ、水素供給部2、酸素供給部3、燃料電池4、処理部5、分離部6、熱交換部7、温度センサ31、32、液面計33、流量制御弁41、42、43、73、74、制御弁45、48、冷却部90を具備する。本実施の形態では、処理部5及び分離部6が追加されている点、分離部6で分離された水が冷却水貯蔵部70へ供給される点で、第6の実施の形態と異なる。
Claims (22)
- 水素生成物質と水とが反応して、水素と水酸化化合物とが生成される水素供給部と、
前記水素供給部から供給される前記水素と酸素供給部から供給される酸素とによって、エネルギーを発生させるエネルギー発生部を備えたエネルギー供給システムにおいて、
前記水素供給部にて生成された前記水酸化化合物と少なくとも二酸化炭素を含む気体とが反応して、前記水が生成される処理部を備えた
エネルギー供給システム。 - 請求項1に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記処理部にて生成される炭酸化合物と前記水とが、それぞれ分離される分離部を備えた
エネルギー供給システム。 - 請求項1及び2の何れか一項に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記水素生成物質がMg、Ni、Fe、V、Mn、Ti、Cu、Ag、Ca、Zn、Zr、Co、Cr、Alのうちから選択される少なくとも一種の材料を含む粒子であり、
前記粒子の表面を覆う水溶性被膜を有する
エネルギー供給システム。 - 請求項3に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記水溶性被膜は、水との接触により溶解する材料を含む
エネルギー供給システム。 - 請求項4に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記水溶性被膜は、水性エポキシ樹脂、水性ウレタン樹脂、水性アクリル樹脂、水性ポリエステル樹脂、水性アクリルシリコン樹脂、水性フッ素樹脂、水性シリカ・有機ハイブリッドポリマー等、水との接触により溶解する材料のうちから選択される少なくとも一種の材料を含む
エネルギー供給システム。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記水素供給部は、前記水素生成物質の温度を制御する温度調整手段を備えた
エネルギー供給システム。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記水素供給部内の水量を制御する水量調整手段を備えた
エネルギー供給システム。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記水素供給部内の圧力を制御する圧力調整手段を備えた
エネルギー供給システム。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記水素供給部は、内部に前記水素生成物質を供給する水素生成物質供給部を備えた
エネルギー供給システム。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記水及び前記水素の温度を制御する熱交換部を備えた
エネルギー供給システム。 - 請求項10に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記熱交換部は、前記酸素を用いて前記水及び前記水素の温度を制御する
エネルギー供給システム。 - 請求項1乃至11のいずれか一項に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記水は、水蒸気を含む
エネルギー供給システム。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記エネルギー発生部を冷却する冷却水が流れる循環流路を備えた冷却部を更に具備し、
前記循環流路は、前記水素供給部から前記エネルギー発生部へ供給する水素量に基づいて、前記循環流路から前記水素供給部へ前記冷却水が供給される分岐流路を備えた
エネルギー供給システム。 - 請求項1に記載のエネルギー供給システムで使用される水素生成物質であって、
水との反応により水素を放出する粒子と、
前記粒子の表面を覆う水溶性被膜と
を具備する
水素生成物質。 - 請求項14に記載の水素生成物質において、
前記粒子は、加水反応にて水素を放出する特性を持つ材料を含む
水素生成物質。 - 請求項15に記載の水素生成物質において、
前記粒子は、Mg、Ni、Fe、V、Mn、Ti、Cu、Ag、Ca、Zn、Zr、Co、Cr、Alのうちから選択される少なくとも一種の材料を含む
水素生成物質。 - 請求項14乃至16のいずれか一項に記載の水素生成物質において、
前記水溶性被膜は、水との接触により溶解する材料を含む
水素生成物質。 - 請求項17に記載の水素生成物質において、
前記水溶性被膜は、水性エポキシ樹脂、水性ウレタン樹脂、水性アクリル樹脂、水性ポリエステル樹脂、水性アクリルシリコン樹脂、水性ふっ素樹脂、水性シリカ・有機ハイブリッドポリマーのうちから選択される少なくとも一種の材料を含む
水素生成物質。 - 請求項1に記載のエネルギー供給システムで使用される水素生成物質の製造方法であって、
(a)水との反応により水素を放出する粒子を、表面の酸化膜が無くなるように第1条件の還元雰囲気に置く工程と、
(b)前記粒子を、表面の一部に酸化膜ができるように第2条件の酸化雰囲気に置く工程と
を具備する
水素生成物質の製造方法。 - 請求項19に記載の水素生成物質の製造方法において、
前記粒子は、加水反応にて水素を放出する特性を持つ材料を含む
水素生成物質の製造方法。 - 請求項20に記載の水素生成物質の製造方法において、
前記粒子は、Mg、Ni、Fe、V、Mn、Ti、Cu、Ag、Ca、Zn、Zr、Co、Cr、Alのうちから選択される少なくとも一種の材料を含む
水素生成物質の製造方法。 - 請求項20又は21に記載の水素生成物質の製造方法において、
前記第2条件の酸化雰囲気は、酸化に対して不活性な気体に対する酸素分圧で制御される
水素生成物質の製造方法。
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